平行系统方法在自动化集装箱码头中的应用研究

平行系统是一种建立在人工社会和计算实验基础上的科学研究方法,它的特点是既能真实反映现实系统的动态过程,又能实时优化现实系统的控制过程.自动化集装箱码头是一类典型的复杂系统,既存在不计其数的作业方案,同时也有大量的约束条件.如何在最短时间和最低能源消耗的前提下,完成具有间歇和批次特征的集装箱转运任务,是涉及到数学、控制、管理和计算机等多个学科的重大课题.本文采用数据引擎作为人工社会中的基本计算单元,构成一个复杂的平行系统,用于自动化集装箱码头信息控制系统的研究.数据引擎作为一种面向图形化元件组态的计算环境,非常适用于复杂系统的建模与计算.在可视化和动态重构技术的支持下,利用380个数据引擎对一个具有8台岸桥、25辆AGV和16台龙门吊组成的港机系统进行了自动化作业过程的计算实验.研究结果表明,数据引擎技术是实现平行系统的有效方法,由多数据引擎组成的计算环境,能够大幅度降低自动化集装箱码头信息控制系统建模的复杂程度,能够将码头系统的管理和控制过程无缝地融合在一起.该平行系统可直接与港机设备对接,建立“人工码头”和“物理码头”之间的平行关系,从而实现对港机设备的最优控制.     

平行智能与CPSS:三十年发展的回顾与展望

社会物理信息系统(Cyber-physical-social systems, CPSS)在传统物理信息系统(Cyber-physical systems,CPS)的基础上纳入对社会信号及社会关系的考虑,利用网络世界近乎无限的人力、数据和信息资源,突破物理世界有限的资源约束以及时空的限制.然而, CPSS中人类和社会行为的复杂性加剧了实际系统和其模型之间的建模鸿沟,使得系统的形态演变为“默顿系统”.对此,以ACP方法为核心的平行智能(Parallel intelligence, PI)框架通过组合人工系统(Artificial systems, A)、计算实验(Computational experiments, C)、平行执行(Parallel execution, P)三个过程,为跨越这一鸿沟提供了可行的路径.具体而言, ACP将模型从系统解析器转变为数据生成器,使原本难以控制的“默顿系统”可测试、可计算、可验证,为复杂系统中“涌现”和“收敛”的对立统一确立了方法基础.本文从平行控制与智能控制、平行机器人与平行制造、平行管理与智能交通、平行医学与智慧健康、平行生态与平行社会、平行经...     

城市客运交通枢纽平行系统体系研究

城市客运交通枢纽系统是一个典型的复杂巨系统, 传统的管理方法难以形成具有动态适应能力的有效解决方案. 运用复杂系统研究中的ACP (人工系统、计算机实验、平行执行)方法, 首次给出城市客运交通枢纽平行控制与管理系统研究框架. 以该框架为基础, 首先,分析了人工交通枢纽系统中模型的构成及支撑条件; 进而对人工交通枢纽系统计算实验中涉及的实验场景设计、实验内容设计进行了详细阐述; 最后,对人工交通枢纽系统平行执行内容进行了说明. 该体系框架的提出, 对于城市客运交通枢纽管控水平的提高具有重要指导意义.     

一种圆柱齿轮测量控制系统研究与设计

该文设计了一种圆柱形型齿轮测量测控系统。该系统由底层接口软件和上层应用软件两大模块组成,可控制齿轮测量仪完成齿轮齿廓、齿距、螺旋线等的测量,并可以对测量后产生的数据进行分析、评定,生成测量报告。     

平行控制: 数据驱动的计算控制方法

本文简述平行控制的理念、概念及基本方法与应用, 主要强调虚实互动的平行扩展方式与同时计算的并行划分方式的不同之处. 平行控制方法是ACP理论在控制领域中的具体应用, 其核心是利用人工系统进行建模和表示、通过计算实验进行分析和评估、最后借助平行执行实现对复杂系统的控制和管理. 这一控制方法是反馈控制, 特别是自适应控制方法向复杂系统问题扩展的自然结果, 是一种迈向数据驱动控制和计算控制的必然且有效途径.     

从工业4.0到能源5.0:智能能源系统的概念、内涵及体系框架

分析推动工业进程和能源进程交互发展的因素和趋势, 结合能源互联网的发展要求, 提出了建立能源5.0的迫切性和必要性. 着重讨论了在网络化之后, 能源系统呈现的社会性问题, 认为在传统方式之外, 必须引入人类社会学、管理学等软科学进行分析建模; 指出了虚拟人工系统根本不同于传统仿真系统等理念, 只有利用虚拟人工模型, 采用平行系统, 才能建立能源5.0. 阐述了能源5.0的理论、框架和技术, 明确了能源5.0、基于社会物理信息系统(Cyber-physical-social system, CPSS) 的平行能源是等价的概念. 指出能源5.0核心是构建与实际能源系统同构的虚拟人工能源系统, 通过虚拟人工能源系统的计算实验, 确定优化控制策略, 引导实际能源系统运行, 并使虚拟人工系统和实际系统平行执行、共同演化, 形成智能能源系统. 最后以华电集团已经完成的分布式能源5.0示范项目和正在实施的火力发电5.0项目及智能家居能源系统, 探讨了能源5.0的研究内容、技术途径及应用前景.     

角变形实时测量系统中计算机控制系统的实现

研制一种新型的角变形实时测量系统,其利用布设在甲板上的光电自准直平行光管和折转光管等相关设备,通过计算机控制系统实现实时测量艇体两维动态变形量。计算机控制系统接收两组光电自准直平行光管的视频信号,进行实时图像处理,得出动态脱靶量,并对两路图像的测量结果进行叠加得出舰艇的相对变形量。本系统已成功应用在某舰艇的实时测量系统中,准确完成了实时变形的测量任务。     

随动控制系统下的齿轮螺旋线拟合方法研究

设计了随动控制型齿轮测量系统齿轮误差计算模型。利用随动控制系统作为测量齿轮螺旋线偏差的控制方式,以被测齿轮的螺旋线偏差为研究对象;对被测齿轮的实际螺旋线建立分析模型,对其跟踪轨迹进行螺旋线拟合,并实现螺旋线偏差的计算。本模型能够在简化系统运动控制方式和结构情况下,有效地测量齿轮螺旋线误差,并对建立的分析模型的准确性进行了验证。     

平行应急疏散系统:基本概念、体系框架及其应用

突发事件通常具有难以预测、多成因关联、危害性大及演变复杂等特点,应急情况下如何安全高效疏散人员是应急管控领域的重要研究内容.本文将基于人工系统（Artificial systems,A）、计算实验（Computational experiments,C）、平行执行（Parallel excution,P）方法的平行系统理论引入到应急管控领域,提出平行应急疏散系统（Parallel emergency evacuation systems,PeES）基本概念,构建系统体系框架及集成平台,并介绍人工应急疏散系统、计算实验、平行执行等主要功能模块的基本功能及实现方法.通过PeES能实现虚实应急疏散系统的管理与控制、应急方案的实验与评估以及相关人员的学习与培训.最后,以轨道交通枢纽站火灾场景下的乘客应急疏散为典型应用对平行应急疏散系统进行初步验证.     

平行视觉:基于ACP的智能视觉计算方法

在视觉计算研究中,对复杂环境的适应能力通常决定了算法能否实际应用,已经成为该领域的研究焦点之一.由人工社会（Artificial societies）、计算实验（Computational experiments）、平行执行（Parallel execution）构成的ACP理论在复杂系统建模与调控中发挥着重要作用.本文将ACP理论引入智能视觉计算领域,提出平行视觉的基本框架与关键技术.平行视觉利用人工场景来模拟和表示复杂挑战的实际场景,通过计算实验进行各种视觉模型的训练与评估,最后借助平行执行来在线优化视觉系统,实现对复杂环境的智能感知与理解.这一虚实互动的视觉计算方法结合了计算机图形学、虚拟现实、机器学习、知识自动化等技术,是视觉系统走向应用的有效途径和自然选择.     

Research Progress of Parallel Control and Management

Based on ACP (artificial systems, computational experiments, and parallel execution) methodology, parallel control and management has become a popularly systematic and complete solution for the control and management of complex systems. This paper focuses on summarizing comprehensive review of the research literature of parallel control and management achieved in the recent years including the theoretical framework, core technologies, and the application demonstration. The future research, application directions, and suggestions are also discussed.      

平行系统和数字孪生的一种数据驱动形式表示及计算框架

旨在为平行系统及ACP方法建立一种数据驱动的数学形式和计算框架, 该形式与框架也适用于数字孪生系统.首先, 基于动态系统状态方程方法论, 给出了平行系统的虚实双系统表示方法, 基于此表示方法为平行系统问题提供了一种数学表示.围绕该表示, 讨论了虚实系统互动、平行系统与数字孪生系统异同等问题.然后, 为ACP方法提供了一种计算框架, 详细解释了人工系统(Artificial systems, A)、计算实验(Computational experiments, C)、平行执行(Parallel execution, P)的数学计算求解过程, 并讨论了“学习与训练”、“实验与评估”、“管理与控制”、灵捷–聚焦–收敛(AFC)、小数据-大数据-小智能等概念的相关数学表示, 并讨论了智能科学与平行系统数学架构的关系以及平行智能的内涵.最后, 以大学校园园区能源管理系统为案例, 为平行系统数学架构和方法提供一个直观的算例.     

平行手术:基于ACP的智能手术计算方法*

由人工社会(Artificial Societies)、计算实验(Computational Experiments)、平行执行(Parallel Execution)构成的ACP理论在平行智能和复杂系统建模与调控中发挥重要作用.文中将ACP理论引入到医疗手术领域中,提出平行手术的基本框架及相关流程.在平行手术中,采用人工场景模拟医生和患者情况,表征真实复杂的手术场景.在此基础上,采用计算试验的方法试验和评估手术方案,选择最佳方案.最后通过虚实互动的平行执行功能在线优化手术方案,实时地对手术进行智能预测与导引.整个框架结合规则提取、计算机图形学、虚拟现实/增强现实、机器学习、知识自动化等技术,力图有效提高手术的效率和准确性.     

基于ACP方法的高层建筑火灾中人员疏散策略研究

高层建筑结构规模巨大、人员众多,而疏散出口数量有限,如何有效安排疏散出口人员分布,提高疏散效率,是火灾应急管理的重要研究内容. 以人为中心的疏散系统是典型的复杂系统,具有难以真实实验分析的困难. 本文基于ACP（人工系统、计算实验、平行执行）方法,以智能体技术为核心建立了人工疏散系统,基于火灾场景,利用计算实验对疏散策略进行了验证、评估,给出了实际疏散系统与人工疏散系统的平行执行实现思想. 最后,通过案例验证了方法的可行性.     

平行胃肠:基于ACP的智能胃肠疾病诊疗

胃肠道为人体重要消化器官,胃肠疾病常见且病因复杂.为了推动胃肠疾病诊疗的智能化、精准化发展,有效传承医生的经验丰富,文中提出基于ACP理论的平行胃肠诊疗系统框架.ACP理论为平行智能的核心,由人工社会(Artificial Societies)、计算实验(Computational Experiments)、平行执行(Parallel Execution)三部分构成.在平行胃肠诊疗系统中,构建人工胃肠道(A)模拟胃肠疾病实际诊疗情况,运用计算实验(C)在人工胃肠平台上进行各类胃肠疾病诊疗实验并评估最佳诊疗方案,最终借助平行执行(P)实时地对实际胃肠诊疗进行导引,持续更新人工胃肠系统并优化诊疗方案,实现虚拟诊疗和实际诊疗之间的虚实互动.整个系统框架的构建融合知识图谱、深度学习、虚拟现实/增强现实、知识自动化等多种前沿技术,致力于优化胃肠疾病诊疗,推进健康中国建设.     

Parallel vision for perception and understanding of complex scenes: methods,framework, and perspectives

In the study of image and vision computing, the generalization capability of an algorithm often determines whether it is able to work well in complex scenes. The goal of this review article is to survey the use of photorealistic image synthesis methods in addressing the problems of visual perception and understanding. Currently, the ACP Methodology comprising artificial systems, computational experiments, and parallel execution is playing an essential role in modeling and control of complex systems. This paper extends the ACP Methodology into the computer vision field, by proposing the concept and basic framework of Parallel Vision. In this paper, we first review previous works related to Parallel Vision, in terms of synthetic data generation and utilization. We detail the utility of synthetic data for feature analysis, object analysis, scene analysis, and other analyses. Then we propose the basic framework of Parallel Vision, which is composed of an ACP trilogy (artificial scenes, computational experiments, and parallel execution). We also present some in-depth thoughts and perspectives on Parallel Vision. This paper emphasizes the significance of synthetic data to vision system design and suggests a novel research methodology for perception and understanding of complex scenes.